基于非熱平衡的單級斯特林型脈管制冷機CFD模擬與實驗研究.pdf

1、單級斯特林型脈管制冷機具有結(jié)構(gòu)緊湊、高效、可靠性高等優(yōu)點，在軍事、超導、醫(yī)療等領域有著廣泛的應用前景。計算流體動力學(CFD)方法在描述多維流動和傳熱特性方面具有較好的適用性，在脈管制冷機理研究中已獲得初步應用。然而，相關CFD軟件中用來模擬回熱器和換熱器的多孔介質(zhì)模型是一個熱平衡模型，與實際不符。同時，由于脈管制冷機內(nèi)部存在強烈的非線性效應，各參數(shù)的實際動態(tài)變化以及氣體微團的熱力學循環(huán)等，只有理論上的定性分析，缺少定量研究。另外，慣性

2、管是斯特林型脈管制冷機采用的主要調(diào)相機構(gòu)，目前三種常用計算慣性管的方法均基于一維、小壓比的層流假設推導而來，無法精確描述湍流和邊界層效應，給計算結(jié)果帶來較大的偏差。鑒于此，本文主要開展了以下工作：
　　 1.本文重點對多孔介質(zhì)模型中的熱平衡假設進行了改進，采用基于非熱平衡假設的多孔介質(zhì)模型對單級斯特林型脈管制冷機進行了CFD模擬。對換熱系數(shù)，壓降和有效導熱系數(shù)等一系列經(jīng)驗參數(shù)和物性參數(shù)進行分析，建立更接近實際的脈管制冷機模型。采

3、用改進后的模型進行迭代計算，獲得了制冷機內(nèi)部壓力場、速度場和溫度場。重點分析了壓力、速度、溫度等參數(shù)的動態(tài)變化過程以及制冷機各部件內(nèi)氣體微團的熱力學循環(huán)過程，進一步加深了對脈管制冷機工作機理的認識。
　　 2.本文分析了慣性管內(nèi)氣體流動狀態(tài)和計算慣性管的三種傳統(tǒng)方法，揭示出計算值和實驗值存在較大誤差的原因。利用Fluent自帶的多種湍流模型和近壁處理方法，通過與實驗比較找到了最適用的慣性管計算模型。
　　 3.搭建了單級